A terceira lei da termodinâmica afirma que o zero absoluto não pode ser alcançado em um número finito de etapas.
A terceira lei da termodinâmica também pode ser definida como que ao atingir o zero absoluto, 0 graus kelvin, qualquer processo de um sistema físico para e que ao atingir o zero absoluto a entropia atinge um valor mínimo e constante.
A terceira lei da termodinâmica, às vezes chamada de teorema de Nernst ou Postulado de Nernst, relaciona a entropia e a temperatura de um sistema físico.
Este princípio afirma que a entropia de um sistema à temperatura zero absoluto é uma constante bem definida. Isso ocorre porque, na temperatura de zero absoluto, um sistema está em um estado fundamental e os aumentos na entropia são alcançados pela degenerescência desse estado fundamental.
O teorema de Nernst afirma que a entropia de um cristal perfeito de qualquer elemento à temperatura zero absoluto é zero. No entanto, esta observação não leva em conta que cristais reais devem ser formados em temperaturas acima de zero. Consequentemente, eles terão defeitos que não serão removidos pelo resfriamento até o zero absoluto. Como não são cristais perfeitos, as informações necessárias para descrever os defeitos existentes aumentarão a entropia do cristal.
Teoremas e declarações da terceira lei da termodinâmica
Os teoremas e declarações mais importantes relacionados à terceira lei da termodinâmica são:
1. Teorema de Nernst
Uma reação química entre fases cristalinas puras que ocorre no zero absoluto não produz nenhuma mudança na entropia. Em outras palavras: é impossível reduzir a entropia absoluta de um sistema ao seu valor zero absoluto em um número finito de operações.
A terceira lei da termodinâmica nos permite encontrar o valor absoluto da entropia, o que não pode ser feito dentro da estrutura da termodinâmica clássica.
O teorema do calor de Nernst foi posteriormente usado pelo físico alemão Max Planck para definir a terceira lei da termodinâmica em termos de entropia e zero absoluto.
2. Declaração de Nernst-Simon
A variação de entropia resultante de qualquer transformação isotérmica reversível de um sistema se aproxima de zero quando a temperatura se aproxima de zero.
3. Declaração de Planck
Em 1911, Max Planck formulou a terceira lei da termodinâmica como condição para o desaparecimento da entropia de todos os corpos à medida que a temperatura se aproxima do zero absoluto.
Segundo Plank, em qualquer sistema em equilíbrio em que a temperatura se aproxime de 0, a entropia tende a uma constante que é independente das outras variáveis termodinâmicas.
4. Teorema da Inacessibilidade Zero Absoluta
O teorema da inacessibilidade do zero absoluto afirma que:
"Não há processo capaz de reduzir a temperatura de um sistema ao zero absoluto em um número finito de etapas."
5. Quarto postulado de Callen
O quarto postulado de Callen afirma que:
A entropia de qualquer sistema desaparece no estado para o qual:
Quais são as consequências da terceira lei da termodinâmica?
A terceira lei implica as seguintes consequências:
1. Impossibilidade de atingir temperaturas de zero absoluto
Da terceira lei da termodinâmica segue-se que o zero absoluto de temperatura não pode ser alcançado em nenhum processo final associado a uma mudança na entropia. Só pode ser abordado assintoticamente.
Portanto, a terceira lei da termodinâmica às vezes é formulada como o princípio da impossibilidade de atingir o zero absoluto de temperatura.
2. O comportamento dos coeficientes termodinâmicos
Uma série de consequências termodinâmicas decorrem da terceira lei da termodinâmica: como T → 0, também deve se aproximar de zero:
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a capacidade calorífica a pressão constante e volume constante
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coeficientes de dilatação térmica e alguns valores semelhantes.
A validade da terceira lei da termodinâmica foi questionada uma vez, mas mais tarde foi descoberto que todas as aparentes contradições estão associadas a estados metaestáveis da matéria que não podem ser considerados termodinamicamente em equilíbrio.
